DE102014217122A1 - ADDITIONAL MATERIAL - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Werkstoffwissenschaften und betrifft einen Zusatzwerkstoff, der beim Auftragschweißen im Fahrzeug- sowie Maschinen- und Anlagenbau eingesetzt werden kann. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Zusatzwerkstoff anzugeben, der als Material beim Auftragschweißen zu einer Auftragschicht führt, deren mechanische und thermische Festigkeiten deutlich verbessert sind. Die Aufgabe wird gelöst durch einen Zusatzwerkstoff, bestehend aus einer hochfesten Eisenlegierung mit einer Zusammensetzung gemäß der Formel Fea E1b E2c E3d mit E1 ein oder mehrere Elemente der Gruppe Cr, V, Mn, Co, Ni, E2 ein oder mehrere Elemente der Gruppe Mo, W, Cu, Ti E3 ein oder mehrere Elemente der Gruppe C, N, B, und mit a = 100 – (b + c + d) b = 0,1 bis 12 c = 0 bis 12 d = 0,001 bis 25 (a, b, c, d in Atom-%), und mit einem Gefüge mindestens bestehend aus < 30 Vol.-% austenitischer Phase.The present invention relates to the fields of materials science and relates to an additional material that can be used in build-up welding in vehicle and machine and plant construction. Object of the present invention is therefore to provide an additional material that leads as a material during build-up welding to a coating layer whose mechanical and thermal strengths are significantly improved. The object is achieved by a filler material consisting of a high-strength iron alloy having a composition according to the formula Fea E1b E2c E3d with E1 one or more elements of the group Cr, V, Mn, Co, Ni, E2 one or more elements of the group Mo, W, Cu, Ti E3 one or more elements of the group C, N, B, and with a = 100 - (b + c + d) b = 0.1 to 12 c = 0 to 12 d = 0.001 to 25 (a , b, c, d in atomic%), and having a microstructure at least consisting of <30 vol .-% austenitic phase.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Werkstoffwissenschaften und betrifft einen Zusatzwerkstoff, der beim Auftragschweißen im Fahrzeug- sowie Maschinen- und Anlagenbau, unter anderem zur Reparatur oder Panzerung von Schneid- und Umformwerkzeugen eingesetzt werden kann.The present invention relates to the fields of materials science and relates to an additional material that can be used in build-up welding in vehicle and machine and plant construction, including repair or armoring of cutting and forming tools.

Nach der DE 10 2006 024 358 A1 sind hochfeste, bei Raumtemperatur plastisch verformbare Formkörper aus Eisenlegierungen bekannt, die aus einem Werkstoff der Zusammensetzung Fea E1b E2c E3d E4e, mit
E1 ein oder mehrere Elemente der Gruppe Cr, V, Mn, Co, Ni,
E2 ein oder mehrere Elemente der Gruppe Mo, Nb, Zr, Y, Hf, Ti, Ta und W,
E3 ein oder mehrere Elemente der Gruppe Sn, Al, Ga, Pb,
E4 ein oder mehrere Elemente der Gruppe Si, P, C, B,
und mit
a = 100 – (b + c + d + e)
b = 1 bis 12
c = 1 bis 12
d = 0 bis 12
e = 1 bis 25 (a, b, c, d, e in Atom-%) bestehen, und das Gefüge zu 30 bis 90 Vol.-% mindestens aus mikrokristalliner austenitischer kubisch flächenzentrierter (kfz) Phase besteht und mindestens eine weitere mikrokristalline Phase enthalten ist.After DE 10 2006 024 358 A1 are high-strength, plastically deformable at room temperature moldings of iron alloys known, consisting of a material of composition Fe a E1 b E2 c E3 d E4 e , with
E1 one or more elements of the group Cr, V, Mn, Co, Ni,
E2 one or more elements of the group Mo, Nb, Zr, Y, Hf, Ti, Ta and W,
E3 one or more elements of the group Sn, Al, Ga, Pb,
E4 one or more elements of the group Si, P, C, B,
and with
a = 100 - (b + c + d + e)
b = 1 to 12
c = 1 to 12
d = 0 to 12
e = 1 to 25 (a, b, c, d, e in atomic%), and the microstructure consists of 30 to 90% by volume of at least microcrystalline austenitic cubic face-centered (fcc) phase and at least one further microcrystalline phase is included.

Des Weiteren sind hochfeste, bei Raumtemperatur plastisch verformbare und mechanische Energie absorbierende Formkörper aus Eisenlegierungen bekannt ( DE 10 2010 041 366 A1 ). Furthermore, high-strength, at room temperature plastically deformable and energy absorbing mechanical body of iron alloys are known ( DE 10 2010 041 366 A1 ).

Bekannt ist weiterhin, dass kristalline Eisenlegierungen mit den Zusammensetzungen (Fe84.4Cr5.2Mo5.2Ga5.2)100-xCx (in Atom-%) mit x = 9 und 17, Fe84.3Cr4.3Mo4.6V2.2C4.6 (in Atom-%), Fe86.7Cr4.4Mo0.6V1.1W2.5C4.6 (in Atom-%) und Fe88.9Cr4.3V2.2C4.6 (in Atom-%) bei erhöhten Abkühlraten und im Gusszustand ein komplexes dendritisches Mischgefüge mit metastabilen Phasen und exzellenten Werkstoffeigenschaften ausbilden ( DE 10 2006 024 358 ; K. Werniewicz et al.: Acta Mater. 55, (2007) 3513–3520; U. Kühn et al.: Appl. Phys. Lett. 90, (2007) 261901-1-261901-3 ; U. Kühn et al.: J. Mater. Res. 25 (2), (2010) 368–374 ; J. Hufenbach et al.: J. Mater. Sci. 47, (2012) 267–271 ).It is also known that crystalline iron alloys with the compositions (Fe 84.4 Cr 5.2 Mo 5.2 Ga 5.2 ) 100-x C x (in atomic%) with x = 9 and 17, Fe 84.3 Cr 4.3 Mo 4.6 V 2.2 C 4.6 (in Atomic%), Fe 86.7 Cr 4.4 Mo 0.6 V 1.1 W 2.5 C 4.6 (in atomic%) and Fe 88.9 Cr 4.3 V 2.2 C 4.6 (in atomic%) at elevated cooling rates and in casting a complex dendritic mixed structure with metastable Form phases and excellent material properties ( DE 10 2006 024 358 ; K. Werniewicz et al .: Acta Mater. 55, (2007) 3513-3520; U.Kuhn et al .: Appl. Phys. Lett. 90, (2007) 261901-1-261901-3 ; U. Kuhn et al .: J. Mater. Res. 25 (2), (2010) 368-374 ; J. Hufenbach et al .: J. Mater. Sci. 47, (2012) 267-271 ).

Bekannt sind außerdem hochfeste Schweißzusatzwerkstoffe für das Auftrag- und Verbindungsschweißen auf Eisenbasis mit Zusätzen, wie Nickel, Wolfram, Kohlenstoff, Chrom, Molybdän und Vanadium. ( G. Schulze: Die Metallurgie des Schweißens, Springer Science + Business Media, (2004) ; K.-J. Matthes, E. Richter: Schweißtechnik. Schweißen von metallischen Konstruktionswerkstoffen, Fachbuchverlag Leipzig, (2003) ; DE 600 24 761 T2 ; EP 2 478 988 A1 ; EP 2 221 393 A1 ; EP 1 108 495 A2 ).Also known are high strength welding consumables for iron-based build-up and joint welding with additives such as nickel, tungsten, carbon, chromium, molybdenum and vanadium. ( G. Schulze: The Metallurgy of Welding, Springer Science + Business Media, (2004) ; K.-J. Matthes, E. Richter: Welding technology. Welding of metallic construction materials, Fachbuchverlag Leipzig, (2003) ; DE 600 24 761 T2 ; EP 2 478 988 A1 ; EP 2 221 393 A1 ; EP 1 108 495 A2 ).

Es ist bekannt, dass für das Auftragschweißen ebenfalls Eisenlegierungen mit zusätzlichen artfremden Hartphasen, wie z.B. Karbiden, Boriden, Siliciden oder Nitriden versehen werden, wobei die Zuführung dieser Hartstoffe während des Schweißprozesses und eine homogene Verteilung der Hartstoffe im Grundwerkstoff praktisch nur schwer realisierbar ist ( L. Ebert: Beeinflussung von PPA-Auftragschichten durch modulierte Prozessgasströme, DVS-Berichte 267, DVS- Verlag, Düsseldorf, (2010) ; W.Schatt, E. Simmchen, G. Zouhar: Konstruktionswerkstoffe des Maschinen- und Anlagenbaus, WILEY-VCH GmbH & Co. KGaA, Weinheim, (1998) ; DE 692 28 942 T2 ).It is known that for the build-up welding also iron alloys are provided with additional extraneous hard phases, such as carbides, borides, silicides or nitrides, the supply of these hard materials during the welding process and a homogeneous distribution of the hard materials in the base material is practically difficult to achieve L. Ebert: Influence of PPA Coatings on Modulated Process Gas Flows, DVS Reports 267, DVS-Verlag, Düsseldorf, (2010) ; W. Schatt, E. Simmchen, G. Zouhar: Construction Materials of Mechanical and Plant Engineering, WILEY-VCH GmbH & Co. KGaA, Weinheim, (1998) ; DE 692 28 942 T2 ).

Des Weiteren ist bekannt, dass zur Haftung von Auftragschichten häufig Puffer- und Aufbaulagen als Zwischenschichten zwischen Grundwerkstoff und dem jeweiligen Hartauftragsschweißgut eingesetzt werden, um z.B. eine gute Bindung mit dem Grundwerkstoff zu erreichen oder Auswirkungen von Spannungen zu vermindern ( G. Schulze: Die Metallurgie des Schweißens, Springer Science + Business Media, (2004) ; DE 43 30 416 C2 ; DE000000937327B ; DE 29 01 338 A1 ).Furthermore, it is known that buffer layers and build-up layers are often used as intermediate layers between the base material and the respective hardfacing material for adhesion of application layers, for example in order to achieve a good bond with the base material or to reduce effects of stresses ( G. Schulze: The Metallurgy of Welding, Springer Science + Business Media, (2004) ; DE 43 30 416 C2 ; DE000000937327B ; DE 29 01 338 A1 ).

Bekannt ist ebenfalls, dass Werkzeuge für Auftrag- und Reparaturschweißungen teilweise über 200 °C erwärmt werden, um die Rissbildung zu minimieren, wodurch es zu einem deutlichen Härteabfall im Bereich der Schweißnaht kommen kann ( T. Lant et al.: Int. J. Press. Vessels Piping 78 (11–12), (2001), 813–818 ).It is also known that tools for application and repair welding are partially heated above 200 ° C in order to minimize the formation of cracks, which can lead to a significant drop in hardness in the region of the weld ( T. Lant et al .: Int. J. Press. Vessels Piping 78 (11-12), (2001), 813-818 ).

Weiterhin ist bekannt, dass herkömmliche Werkzeugstähle nach dem Schweißen in der Regel eine zeit- und kostenintensive Wärmebehandlung, beispielsweise durch Weichglühen, Spannungsarmglühen oder Anlassen, erfahren, um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften einzustellen und/oder die Rissanfälligkeit zu minimieren ( DE 11 42 002 B ; DE 19 02 312 B ). It is also known that conventional tool steels generally undergo time-consuming and expensive heat treatment, for example by soft annealing, stress relief annealing or annealing, after welding, in order to set the required mechanical properties and / or to minimize the susceptibility to cracking. DE 11 42 002 B ; DE 19 02 312 B ).

Nachteilig bei den Lösungen des Standes der Technik ist, dass die Standzeiten von Auftragschweißungen auf hochbeanspruchten Bauteilen beim Einsatz derzeitig bekannter Zusatzwerkstoffe noch nicht ausreichend gut sind. A disadvantage of the solutions of the prior art is that the service life of surfacing on highly stressed components when using currently known filler materials are not sufficiently good.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Zusatzwerkstoff anzugeben, der als Material beim Auftragschweißen zu einer Auftragschicht führt, deren Eigenschaften hinsichtlich Rissanfälligkeit, mechanischer und thermischer Festigkeiten und Verschleißbeständigkeit deutlich verbessert sind.Object of the present invention is therefore to provide a filler, which leads as a material during cladding to a coating layer whose properties are significantly improved in terms of susceptibility to cracking, mechanical and thermal strengths and wear resistance.

Die Aufgabe wird gelöst durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. The object is achieved by the invention specified in the claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Zusatzwerkstoff besteht aus einer hochfesten Eisenlegierung mit einer Zusammensetzung gemäß der Formel Fea E1b E2c E3d mit
E1 ein oder mehrere Elemente der Gruppe Cr, V, Mn, Co, Ni,
E2 ein oder mehrere Elemente der Gruppe Mo, W, Cu, Ti
E3 ein oder mehrere Elemente der Gruppe C, N, B,
und mit
a = 100 – (b + c + d)
b = 0,1 bis 12
c = 0 bis 12
d = 0,001 bis 25 (a, b, c, d in Atom-%),
und mit einem Gefüge mindestens bestehend aus < 30 Vol.-% austenitischer Phase.The filler according to the invention consists of a high-strength iron alloy having a composition according to the formula Fe a E1 b E2 c E3 d With
E1 one or more elements of the group Cr, V, Mn, Co, Ni,
E2 one or more elements of the group Mo, W, Cu, Ti
E3 one or more elements of the group C, N, B,
and with
a = 100 - (b + c + d)
b = 0.1 to 12
c = 0 to 12
d = 0.001 to 25 (a, b, c, d in atomic%),
and having a microstructure at least consisting of <30 vol .-% austenitic phase.

Vorteilhafterweise ist b = 1 bis 5 Atom-%, c = 2 bis 5 Atom-%, d = 2 bis 6 Atom-%. Herstellungsbedingte Verunreinigungen können erfindungsgemäß vorhanden sein. Ebenfalls vorteilhafterweise sind Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu bis zu 1 Atom-% als weitere Elemente in den Gruppen E1 bis E3 vorhanden.Advantageously, b = 1 to 5 atomic%, c = 2 to 5 atomic%, d = 2 to 6 atomic%. Manufacturing-related impurities may be present according to the invention. Also advantageously, Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and / or Lu are up to 1 at% as further elements in the groups E1 to E3 available.

Weiterhin vorteilhafterweise liegt der Zusatzwerkstoff in Form eines Bandes, eines Stabes, eines Drahtes oder pulverförmig vor.Further advantageously, the filler material is in the form of a band, a rod, a wire or in powder form.

Auch vorteilhafterweise besteht das Gefüge aus 20 bis < 30 Vol.-% austenitischer Phase.Also advantageously, the microstructure consists of 20 to <30 vol .-% austenitic phase.

Vorteilhaft ist es auch, wenn das Gefüge neben der austenitischen Phase weiterhin 30–98 Vol.-% martensitische Phase, und weiterhin Bainit und/oder Ferrit und/oder boridische und/oder karbidische und/oder nitridische und/oder oxidische Phase enthält, wobei noch vorteilhafterweise das Gefüge neben der austenitischen Phase weiterhin 70–80 Vol.-% martensitischer Phase, und 3–7 Vol.-% Bainit und/oder Ferrit und/oder boridischer und/oder karbidischer und/oder nitridischer und/oder oxidischer Phase enthält.It is also advantageous if the structure in addition to the austenitic phase further contains 30-98 vol .-% martensitic phase, and further bainite and / or ferrite and / or boridic and / or carbidic and / or nitridic and / or oxidic phase, wherein still advantageously, the structure in addition to the austenitic phase also contains 70-80 vol .-% martensitic phase, and 3-7 vol .-% bainite and / or ferrite and / or boridic and / or carbidic and / or nitridic and / or oxidic phase ,

Die erfindungsgemäße Auftragschweißung unter Einsatz des erfindungsgemäßen Zusatzwerkstoffes besteht aus einem metallischen Grundwerkstoff und mindestens einer Auftragschicht aus dem Zusatzwerkstoff.The surfacing according to the invention using the filler according to the invention consists of a metallic base material and at least one coating layer of the filler material.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird es erstmals möglich, einen Zusatzwerkstoff anzugeben, der als Material beim Auftragschweißen zu einer Auftragschicht führt, die deutlich verbesserte mechanische Festigkeit, verbesserte Verschleißbeständigkeit, gute thermische Beständigkeit und verringerte Rissanfälligkeit aufweist.With the solution according to the invention, it becomes possible for the first time to specify an additional material which, as a material during build-up welding, leads to a coating layer which has markedly improved mechanical strength, improved wear resistance, good thermal resistance and reduced susceptibility to cracking.

Erreicht wird dies durch einen Zusatzwerkstoff aus einer hochfesten Eisenlegierung mit einer Zusammensetzung gemäß der Formel Fea E1b E2c E3d mit
E1 ein oder mehrere Elemente der Gruppe Cr, V, Mn, Co, Ni,
E2 ein oder mehrere Elemente der Gruppe Mo, W, Cu, Ti
E3 ein oder mehrere Elemente der Gruppe C, N, B,
und mit
a = 100 – (b + c + d)
b = 0,1 bis 12
c = 0 bis 12
d = 0,001 bis 25 (a, b, c, d in Atom-%),
und mit einem Gefüge mindestens bestehend aus < 30 Vol.-% austenitischer Phase.This is achieved by a filler made of a high-strength iron alloy having a composition according to the formula Fe a E1 b E2 c E3 d With
E1 one or more elements of the group Cr, V, Mn, Co, Ni,
E2 one or more elements of the group Mo, W, Cu, Ti
E3 one or more elements of the group C, N, B,
and with
a = 100 - (b + c + d)
b = 0.1 to 12
c = 0 to 12
d = 0.001 to 25 (a, b, c, d in atomic%),
and having a microstructure at least consisting of <30 vol .-% austenitic phase.

Der erfindungsgemäße Zusatzwerkstoff kann vorteilhafterweise eine Zusammensetzung mit b = 1 bis 5 Atom-%, c = 2 bis 5 Atom-%, d = 2 bis 6 Atom-%, und/oder herstellungsbedingten Verunreinigungen aufweisen. The filler according to the invention can advantageously have a composition with b = 1 to 5 atom%, c = 2 to 5 atom%, d = 2 to 6 atom%, and / or impurities due to production.

Nach einem Auftragschweißprozess liegt eine ein- oder mehrlagige Auftragschicht aus dem erfindungsgemäßen Zusatzwerkstoff vor, welche ein Gefüge mindestens bestehend aus < 30 Vol.-% austenitischer Phase aufweist. Die ein- oder mehrlagige Auftragschicht ist mit dem Grundwerkstoff durch den Schweißprozess fest verbunden, ebenso, wie die Auftragschichten untereinander. Das Gefüge in den Auftragschichten aus dem erfindungsgemäßen Zusatzwerkstoff kann vorteilhafterweise 20 bis < 30 Vol.-% austenitischer Phase enthalten, und weiter vorteilhaft aus 30–98 Vol.-% martensitischer Phase, wobei weiterhin Bainit und/oder Ferrit und/oder boridische und/oder karbidische und/oder nitridische und/oder oxidische Phasen enthalten sein können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Auftragschichten ein Gefüge aus 20 - < 30 Vol.-% austenitischer Phase und 70–80 Vol.-% martensitische Phase und 3–7 Vol.-% Bainit und/oder Ferrit und/oder boridische und/oder karbidische und/oder nitridische und/oder oxidische Phase aufweisen.After a build-up welding process, there is a single-layer or multi-layer application layer of the filler according to the invention which has a microstructure at least consisting of <30% by volume austenitic phase. The single- or multi-layer application layer is firmly connected to the base material by the welding process, as well as the application layers to each other. The microstructure in the surfacing layers of the filler according to the invention can advantageously contain 20 to <30% by volume austenitic phase, and more advantageously from 30 to 98% by volume martensitic phase, bainite and / or ferrite and / or boridic and / or or carbide and / or nitridic and / or oxidic phases may be included. It is particularly advantageous if the application layers have a structure of 20- <30% by volume austenitic phase and 70-80% by volume martensitic phase and 3-7% by volume bainite and / or ferrite and / or boridic and / or or carbidic and / or nitridic and / or oxidic phase.

Der erfindungsgemäße Zusatzwerkstoff kann in Form eines Bandes, eines Stabes, eines Drahtes oder pulverförmig vorliegen und für das Auftragschweißen eingesetzt werden, beispielsweise als Schweißdraht für Stahlteile.The filler material according to the invention can be in the form of a band, a rod, a wire or in powder form and used for build-up welding, for example as a welding wire for steel parts.

Gegenüber den Lösungen des Standes der Technik und insbesondere gegenüber den Lösungen nach der DE 10 2006 024 358 A1 und der DE 10 2010 041 366 A1 unterscheidet sich die erfindungsgemäße Lösung einerseits durch eine deutlich eingeschränktere Wahl an Legierungselementen sowie neue Legierungszusammensetzungen, die so aus dem Stand der Technik nicht bekannt sind und andererseits durch ein anderes Gefüge, welches den erfindungsgemäßen Zusatzwerkstoff sehr gut einsetzbar für Auftragschweißprozesse macht, da er eine hohe (Verschleiß-)Festigkeit, hohe Härte, gute Zähigkeit sowie niedrige Rissneigung aufweist. Compared to the solutions of the prior art and in particular to the solutions according to the DE 10 2006 024 358 A1 and the DE 10 2010 041 366 A1 The solution of the invention differs on the one hand by a much more limited choice of alloying elements and new alloy compositions, which are not known from the prior art and on the other hand by another structure which makes the filler according to the invention very well applicable for surfacing processes, since he ( Wear) strength, high hardness, good toughness and low tendency to crack has.

Von besonderem Vorteil ist, dass der erfindungsgemäße Zusatzwerkstoff riss- und porenfreie Schweißverbindungen erzeugt, und dieser auch ohne vorherige Vorbehandlung zum Auftragschweißen von Stahlverbindungen eingesetzt werden kann. Ebenso vorteilhaft ist, dass der erfindungsgemäße Zusatzwerkstoff ohne weitere Nachbehandlung für das Auftragschweißen einsetzbar ist.It is of particular advantage that the filler material according to the invention produces crack-free and non-porous welded joints, and this can also be used without prior pretreatment for build-up welding of steel joints. It is also advantageous that the filler material according to the invention can be used without additional aftertreatment for buildup welding.

Durch Wahl der Abkühlungsbedingungen beim Auftragschweißprozess (zum Beispiel durch Wahl werkstoffangepasster Laserschweißparameter) kann die erfindungsgemäße Gefügezusammensetzung variiert und eingestellt werden. Die Auftragschicht aus dem erfindungsgemäßen Zusatzwerkstoff besteht dabei in der Regel aus mehreren sich überlagernden Schweißlagen. Dabei erfährt die untere Lage einen erneuten Wärmeeintrag beim Auftragschweißen oder thermischen Spritzen der darüber liegenden Schicht, was ebenfalls gezielt als Wärmebehandlung genutzt werden kann. Somit unterscheiden sich die Gefügemorphologie und auch die Phasenausbildung von der eines gegossenen Werkstoffs deutlich. By choosing the cooling conditions during the deposition welding process (for example by selecting material-adapted laser welding parameters), the microstructure composition according to the invention can be varied and adjusted. The application layer of the filler material according to the invention generally consists of several superimposed weld layers. In this case, the lower layer undergoes a renewed heat input during cladding or thermal spraying of the overlying layer, which can also be used selectively as a heat treatment. Thus, the morphology of the structure as well as the phase formation differ significantly from that of a cast material.

Mit steigenden Abkühlraten während des Schweißprozesses oder thermischen Spritzens erfolgt zusätzlich eine Verfeinerung des Gefüges, was zu einer Festigkeitszunahme führt. Für die Einstellung der erfindungsgemäßen Gefügezusammensetzung sind dabei je nach Legierungszusammensetzung Kühlraten im Bereich von rund 10–1000 K/s vorteilhaft. Jedoch ist für die Wahl der Abkühlungsbedingungen der Auftragschicht oder auch die zu verwendende Schweißtechnologie ebenso wie die Wahl des Grundwerkstoffes zu berücksichtigen. Die Schweißtechnologie und die Materialien der zu schweißenden Partner bestimmen durch die Wahl der Verfahrensbedingungen den Wärmeeintrag in die Schweißzone und die Schweißpartner und nehmen damit Einfluss auf die Eigenschaften der Schweißverbindung. So sind die Maximaltemperaturen und die Art der Atmosphäre beim Schweißen davon abhängig. Ebenso, ob das Auftragschweißen beispielsweise unter Verwendung eines Lasers oder Lichtbogens durchgeführt wird.With increasing cooling rates during the welding process or thermal spraying additionally a refinement of the microstructure takes place, which leads to an increase in strength. Depending on the alloy composition, cooling rates in the range from approximately 10 to 1000 K / s are advantageous for adjusting the microstructure composition according to the invention. However, consideration must be given to the choice of cooling conditions of the surfacing layer or the welding technology to be used, as well as the choice of the base material. By choosing the process conditions, the welding technology and the materials of the partners to be welded determine the heat input into the welding zone and the welding partners and thus influence the properties of the welded joint. Thus, the maximum temperatures and the type of atmosphere during welding depend on it. Likewise, whether the buildup welding is performed using, for example, a laser or arc.

Aufgrund der insgesamt jedoch sehr kurzen Abkühlzeiten und damit einer schnellen Abkühlung entstehen die erfindungsgemäßen Gefügezusammensetzungen des Zusatzwerkstoffs, die sehr homogen und fein verteilt vorliegen.Due to the overall, however, very short cooling times and thus a rapid cooling, the microstructure compositions according to the invention of the filler arise, which are very homogeneous and finely divided.

Im Bereich des Übergangs von Auftragschicht zum Grundwerkstoff bildet der erfindungsgemäße Zusatzwerkstoff physikalische und chemische Bindungen zu dem Grundwerkstoff aus, sodass die Auftragschicht(en) mit dem Grundwerkstoff fest verbunden ist und es zu keinem ausgeprägten Eigenschaftsgradienten im Übergangsbereich kommt, wenn Grundwerkstoff und Auftragschicht über eine ähnliche Zusammensetzung und Gefüge verfügen.In the area of the transition from the application layer to the base material, the filler according to the invention forms physical and chemical bonds to the base material, so that the application layer (s) is firmly bonded to the base material and there is no pronounced property gradient in the transition region, if the base material and the application layer have a similar Composition and structure have.

Der erfindungsgemäße Zusatzwerkstoff zeigt als Auftragschicht eine hohe (Verschleiß-)Festigkeit, Härte, Fließfähigkeit, gute Zähigkeit und Beständigkeit bei schlagartiger Beanspruchung sowie niedrige Schweißrissneigung. Insbesondere bei sehr schneller Abkühlung der Auftragschicht weist das Material der Auftragschicht eine sehr gute Härte, Festigkeit, Verschleißbeständigkeit und Zähigkeit auf.The filler according to the invention shows as a coating layer high (wear) strength, hardness, flowability, good toughness and resistance to sudden stress and low tendency welding fissure. In particular, with very rapid cooling of the coating layer, the material of the coating layer has a very good hardness, strength, wear resistance and toughness.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind:

  • – es ist keine Vor- und Nachbehandlung des Zusatzwerkstoffs notwendig,
  • – der Zusatzwerkstoff verfügt über eine deutlich höhere Zähigkeit als viele Hartmetalle,
  • – der Zusatzwerkstoff ist preisgünstig,
  • – eine gute Anbindung des Zusatzwerkstoffs in Form einer hochfesten Eisenlegierung insbesondere an legierte Stähle ist durch Verbindungsbildung erzielbar.
Further advantages of the solution according to the invention are:
  • - no pre- and post-treatment of the filler material is necessary,
  • - the filler material has a significantly higher toughness than many hard metals,
  • - the filler material is inexpensive,
  • - A good connection of the filler material in the form of a high-strength iron alloy in particular to alloyed steels can be achieved by compound formation.

Besonders vorteilhaft anwendbar ist die erfindungsgemäße Lösung beim Auftragschweißen oder thermischen Spritzen von legierten Stählen, wie im Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenbau.The solution according to the invention is particularly advantageously applicable to build-up welding or thermal spraying of alloyed steels, such as in vehicle, machine and plant construction.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

Beispiel:Example:

Eine Legierung mit der Zusammensetzung Fe88,86Cr4,33V2,2B0,15C4,46 (in Atom-%) wird als drahtförmiger Zusatzwerkstoff mit quadratischem Querschnitt von 0,5 mm × 0,5 mm zum Auftragschweißen als Schweißwerkstoff auf eine Grundplatte aus einem CrMo-Stahl eingesetzt.An alloy having the composition Fe 88.86 Cr 4.33 V 2.2 B 0.15 C 4.46 (in atomic%) is used as a filler metal having a square cross section of 0.5 mm × 0.5 mm for build-up welding used as a welding material on a base plate made of a CrMo steel.

Das Schweißen wurde mit einem 125 W pw-Nd:YAG-Laser mit einer mittleren Leistung von 116 Watt bei einem Brennfleckdurchmesser von 1.3 mm durchgeführt. Die Drahtzufuhr erfolgte seitlich manuell.Welding was performed with a 125 W pw Nd: YAG laser with an average power of 116 watts with a focal spot diameter of 1.3 mm. The wire feed was done laterally manually.

Durch das größere Volumen des Grundwerkstoffs im Gegensatz zum Schweißwerkstoff (Verhältnis Volumen Grundwerkstoff zum Volumen Schweißwerkstoff 3:1) wird eine ausreichend hohe Kühlrate beim Schweißen erreicht. Die Auftragschweißung weist ein Gefüge bestehend aus 80 Vol.-% martensitischer Phase, 15 Vol.-% austenitischer Phase und 5 Vol.-% nano- und mikrokristallinen karbidischen Phasen vom Typ MC auf. Die karbidische Phase bildet eine netzwerkartige Struktur aus, welche das Herauslösen von einzelnen Carbiden durch Verschleißbeanspruchung deutlich minimiert. Due to the larger volume of the base material in contrast to the welding material (ratio of volume of base material to volume of welding material 3: 1), a sufficiently high cooling rate is achieved during welding. The surfacing has a structure consisting of 80 vol .-% martensitic phase, 15 vol .-% austenitic phase and 5 vol .-% nano- and microcrystalline carbide phases of the MC type. The carbide phase forms a network-like structure that significantly minimizes the release of individual carbides by wear.

Die nachfolgenden Härtemessungen zeigen in der Schweißverbindung eine mittlere Härte von 61 HRC ohne Vor- oder Nachbehandlung der Schweißverbindung. Des Weiteren weist der Werkstoff der Schweißverbindung eine exzellente Zähigkeit auf, welche durch das fein-dendritische Gefüge erreicht wird.The following hardness measurements show in the welded joint an average hardness of 61 HRC without pre- or post-treatment of the welded joint. Furthermore, the material of the welded joint has an excellent toughness, which is achieved by the fine-dendritic structure.

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Claims (8)

Zusatzwerkstoff, bestehend aus einer hochfesten Eisenlegierung mit einer Zusammensetzung gemäß der Formel Fea E1b E2c E3d mit E1 ein oder mehrere Elemente der Gruppe Cr, V, Mn, Co, Ni, E2 ein oder mehrere Elemente der Gruppe Mo, W, Cu, Ti E3 ein oder mehrere Elemente der Gruppe C, N, B, und mit a = 100 – (b + c + d) b = 0,1 bis 12 c = 0 bis 12 d = 0,001 bis 25 (a, b, c, d in Atom-%), und mit einem Gefüge mindestens bestehend aus < 30 Vol.-% austenitischer Phase.A filler material consisting of a high-strength iron alloy having a composition according to the formula Fe a E1 b E2 c E3 d with E1 one or more elements of the group Cr, V, Mn, Co, Ni, E2 one or more elements of the group Mo, W, Cu, Ti E3 one or more elements of the group C, N, B, and with a = 100 - (b + c + d) b = 0.1 to 12 c = 0 to 12 d = 0.001 to 25 (a, b, c, d in atomic%), and having a structure at least consisting of <30 vol. -% austenitic phase. Zusatzwerkstoff nach Anspruch 1, bei dem b = 1 bis 5 Atom-%, c = 2 bis 5 Atom-%, d = 2 bis 6 Atom-% ist, und bei dem herstellungsbedingte Verunreinigungen vorhanden sein können. A filler material according to claim 1, wherein b = 1 to 5 atomic%, c = 2 to 5 atomic%, d = 2 to 6 atomic%, and in which production-related impurities may be present. Zusatzwerkstoff nach Anspruch 1, bei dem Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu bis zu 1 Atom-% als weitere Elemente in den Gruppen E1 bis E3 vorhanden sind. A filler material according to claim 1, wherein Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and / or Lu up to 1 atom% as further elements in the groups E1 to E3 are present. Zusatzwerkstoff nach Anspruch 1, bei dem der Werkstoff in Form eines Bandes, eines Stabes, eines Drahtes oder pulverförmig vorliegt. A filler material according to claim 1, wherein the material is in the form of a band, a rod, a wire or in powder form. Zusatzwerkstoff nach Anspruch 1, bei dem das Gefüge aus 20 bis < 30 Vol.-% austenitischer Phase besteht.  An additive material according to claim 1, wherein the microstructure consists of 20 to <30 vol .-% austenitic phase. Zusatzwerkstoff Anspruch 1, bei dem das Gefüge weiterhin 30–98 Vol.-% martensitische Phase, und weiterhin Bainit und/oder Ferrit und/oder boridische und/oder karbidische und/oder nitridische und/oder oxidische Phase enthält. The filler of claim 1, wherein the microstructure further comprises 30-98 vol.% Martensitic phase, and further comprises bainite and / or ferrite and / or boridic and / or carbidic and / or nitridic and / or oxidic phase. Zusatzwerkstoff nach Anspruch 6, bei dem das Gefüge weiterhin 70–80 Vol.-% martensitischer Phase, und 3–7 Vol.-% Bainit und/oder Ferrit und/oder boridischer und/oder karbidischer und/oder nitridischer und/oder oxidischer Phase enthält. The filler material of claim 6, wherein the microstructure further comprises 70-80 vol.% Martensitic phase, and 3-7 vol.% Bainite and / or ferrite and / or boride and / or carbide and / or nitridic and / or oxidic phase contains. Auftragschweißung unter Einsatz eines Zusatzwerkstoffes gemäß Anspruch 1, bestehend aus einem metallischen Grundwerkstoff und mindestens einer Auftragschicht aus dem Zusatzwerkstoff. Cladding using a filler material according to claim 1, consisting of a metallic base material and at least one coating layer of the filler material.
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